Водородный и гидроксильный показатели. Гидролиз солей

Электростатическое взаимодействие полярных молекул воды приводит к их самоионизации (автопротолизу): Н₂О + Н₂О « Н₃О⁺ + ОН^-. Протоны пере-мещаются от одних молекул воды к другим: Н⁺ + Н₂О « Н₃О⁺. В упрощенной форме диссоциацию воды записывают в виде: Н₂О « Н⁺ + ОН^-. При 25°С: [Н⁺]^.[ОН^-] = 1^.10^-14, в чистой воде [Н⁺] = [ОН^-] = 1^.10^-7 моль/л.

В логарифмической форме: pH + pOH = 14 , в чистой воде: pH = pOH = 7, где pH = - lg [H⁺] , pOH = - lg [OH^-], а [H⁺] - молярная концентрация ионов H⁺,

[OH^- ] – молярная концентрация ионов ОН^-.

В растворе одноосновной сильной кислоты HAn (a = 1):

HAn ® H⁺ + An^-

[H⁺] = C(HАn); pH = - lg C(HАn)

В растворе однокислотного сильного основания KtOH (a = 1):

KtOH ® Kt⁺ + OH^-

[OH^-] = C(KtOH); pOH = - lg C(KtOH)

pH = 14 - pOH = 14 + lg C(KtOH).

В растворе одноосновной слабой кислоты: [H⁺] = C^.a = ;

pH= - lg C^.a = - lg

В растворе однокислотного слабого основания: [OH^-]= С^.a = ;

pOH = - lg C^.a= - lg

pH = 14 - pOH = 14 + lg C^.a = 14 + lg

Если при растворении в воде соли образуется слабый электролит (слабая кислота, слабое основание или и то, и другое), то наблюдается ионный гидролиз, в результате которого равновесие Н₂О « Н⁺ + ОН^- смещается вправо. В растворе соли накапливаются ионы Н⁺ ([Н⁺] > [ОН^-] – среда кислая) или ионы ОН^– ([Н⁺] < [ОН^-] - среда щелочная).

В логарифмической форме: pH < 7 - кислая среда, pH > 7 - щелочная среда.

Количественно процесс гидролиза характеризуется константой гидролиза (K_гидр.) и степенью гидролиза (h): K_гидр. = . При 1 - h » 1, K_гидр. = h^2.C.

В случае гидролиза соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой: K_гидр. = .

В случае гидролиза соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой: K_гидр. = .

В случае гидролиза соли, образованной слабым основанием и слабой

кислотой: K _гидр. = .

Задачи с решениями.

1. Вычислите pH и pOH 0,01 М раствора HCl, если a = 80 %.

Дано: C(HCl) = 0,01моль/л a = 80 % = 0,8 pH = ? pOH = ?

Решение: HCl « H+ + Cl- [H+] = C(HCl). a; pH = -lg [H+], pOH = 14 - pH 1) [H+] = 0,01.0,8 = 8.10-3 (моль/л) 2) pH = - lg 8.10-3 = 3 - lg 8 = 3 - 0,9 = 2,1 3) pOH = 14 - 2,1 = 11,9

Ответ: pH = 2,1; pОH = 11,9.

2. Вычислите рН 0,001 М раствора СНСООН, зная что К_а = 1,8^.10^-5.

Дано: С(СН3СООН)=1.10-3 моль/л Ка = 1,8.10-5 рН = ?

Решение: СН3 СООН « СН3 СОО- + Н+ рН = - lg [Н+] [H+] =

1) [Н⁺] = = 1,35^.10^-4 (моль/л)

2) рН = -lg 1,35^.10^-4 = 4 - 0,13 = 3,87

Ответ: рН = 3,87

3. Вычислите рН раствора, содержащего 0,4 г NaOH в 2 л раствора (a= 100%).

Дано: m(NaOH) = 0,4 г V(p-pa) = 2 л a = 100% = 1 pH =?

Решение: NaOH « Na+ + OH- pH = 14 - pOH ; pOH = - lg [OH-]; [OH-] = C(NaOH) = 1) C(NaOH) = = 0,005 (моль/л)

2) [OH^-] = 0,005 моль/л

3) pOH = - lg 5^.10^-3 = 3 - lg 5 = 3 - 0,7 = 2,3

4) pH = 14 - 2,3 = 11,7

Ответ: рН = 11,7

4. Вычислите рН 0,1 М раствора NH₃, зная что K_b = 1,8^.10^-5.

Дано: С(NH3) = 0,1 моль/л Kb = 1,8.10–5 рН = ?

Решение: NH3 + H2 O « NH4+ + OH- pH = 14 - pOH, рOH = - lg [OH-] [OH-] =

1) [OH^-] = = 1,35^.10^–3 (моль/л)

2) pOH = 3 - lg 1,35 = 3 - 0,13 = 2,87

3) pH = 14 - 2,87 = 11,13

Ответ: pH = 11,13

5. Запишите уравнения гидролиза солей: Na₃PO₄, Na₂HPO₄, NaH₂PO₄. Вычислите константы гидролиза этих солей. Какая соль гидролизуется в большей степени? K_а1 = 7,1^.10^-3, K_а2 = 6,2^.10^-8, K_а3 = 5,0^.10^-13.

Решение:

1) Na₃PO₄ + H₂O « Na₂HPO₄ + NaOH; + H₂O « + OH^-

K_гидр.1 = = 2^.10^–2

2) Na₂HPO₄ + H₂O « NaH₂PO₄ + NaOH, + H₂O « + OH^-

K_гидр.2 = = 1,6^.10^-7

3) NaH₂PO₄ + H₂ O « H₃PO₄ +NaOH, + H₂O « H₃PO₄ + OH^-

K_гидр.3 = = 1,4^.10^–18

Ответ: Na₃PO₄ гидролизуется в большей степени.

Вопросы и задачи для самоподготовки.

1. Что называют ионным произведением воды? В каком соотношении находится эта величина с константой воды?

2. Как определяется числовое значение ионного произведения воды? Зависит ли оно от температуры?

3. Как, зная концентрацию ионов Н⁺ (ОН^-), определить концентрацию ионов ОН^- (Н⁺)?

4. Правильно ли утверждение, что в растворе сильной кислоты (щёлочи) содержатся ионы ОН^- (Н⁺ )? Ответ мотивируете?

5. Как связана концентрация ионов Н⁺ (ОН^-) в растворах сильных и слабых кислот и оснований с их молярной концентрацией?

6. Что называют водородным показателем (рН), гидроксильным показателем (рОН)? Чему равна их сумма?

7. Какие значения имеют концентрации ионов Н⁺ (ОН^-) и рН (рОН) в различных средах?

8. При одинаковой молярной концентрации растворы каких электролитов будут иметь меньшее значение рН: а) HCl или CH₃COOH; б)HNO₂ или HClO; в) HCl или KOH?

9. Что называют гидролизом? Что понимают под гидролизом: а) ковалентным и ионным; б) по катиону, по аниону; в) простым и ступенчатым; г) обратимым и необратимым? Приведите примеры.

10. Как влияет на состояние равновесия Н₂О « Н⁺ + ОН^- и значение рН добавление гидролизующейся соли на примерах ZnCl₂, K₂CO₃, Al₂S₃?

11. Для какой соли рН раствора будет иметь большее значение: а)NaNO₃ или NaNO₂; б) CH₃ COOK или CH₃COONH₄; в) KClO или KClO₃ ?

12. Можно ли при помощи кислотно-основного индикатора отличить друг от друга растворы солей:

а) NaClO₄ и NaClO; б) KI и NH₄I; в) KClO₃ и KCl,

г) Na₂CO₃ и Zn(NO₃ )₂; д) BeCl₂ и BaCl₂; е) MgSO₄ и K₂SO₄?

13. Что называют гидролитическим равновесием?

14. Что называют степенью и константой гидролиза? Зависят ли они от природы соли, концентрации раствора, температуры?

15. Какой формулой выражают соотношение между константой и степенью гидролиза?

16. Как константа гидролиза связана с константой диссоциации слабого электролита?

17. Какая из двух солей гидролизуется в большей степени: а) KCN или KSCN (K(HCN) = 7,9^.10^-10, K(HSCN) = 1,4^.10^-1); б) Na₂S или NaHS (K_1а = 6^.10^-8 , K_2а = 1^.10^-14)? Ответ подтвердите расчетом.

18. Как объяснить взаимоусиление гидролиза двух солей при смешивании их растворов? В каких случаях наблюдается это явление?

19. Вычислите рН 0,05 %-ного раствора HNO₃, зная, что r(р-pа) = 1г/мл, a(HNO₃) = 100%. Ответ: 2,1.

20. Рассчитайте молярную концентрацию раствора СН₃СООН, рН которого равен 3. K_а = 1,75^.10^-5. Ответ: 0,057 моль/л.

21. Вычислите рН раствора, полученного разбавлением водой 0,01 л 30 %-ного раствора NaOH (r = 1,328 г/мл) до 0,75 л. a = 70%.

Ответ: 12,97.

22. Определите рН раствора, в 3 л которого содержится 8,1^.10^-4 моль ионов ОН^-. Ответ: 10,43.

23. Рассчитайте рН раствора, в 0,4 л которого содержится 0,39 моль NH₃, если K_b = 1,77^.10^-5. Ответ: 11,1.

24. Какое значение рН имеют растворы HCN, если: а) a = 0,0265%; б) a = 0,0084%? K(HCN) = 7,9^.10^-10. Ответ: 6,53; 5,03.

25. Степень диссоциации слабой одноосновной кислоты в 0,2 N растворе равна 0,03. Вычислите значения [Н⁺] и рОН этого раствора.

Ответ: [Н⁺] = 6,0^.10^–3 моль/л ; рОН = 11,96.

26. Рассчитайте рН раствора, полученного смешением 25 мл 0,5 М раствора HCl, 10 мл 0,5 М раствора NaOH и 15 мл воды (a = 1). Ответ: 0,82.

27. Каким значением рН характеризуется раствор СН₃СООН (r = 1 г/мл), в котором её массовая доля составляет 0,6 %? Сколько воды надо прибавить к этому раствору объёмом 1 л, чтобы значение рН стало равным 3. K_а = 1,75^.10^-5

Ответ: 3,49; 0,8 л.

28. Рассчитайте константу гидролиза NH₄Cl, зная, что К_b = 1,77^.10^-5.

Ответ: 5,65^.10^-10.

29. Рассчитайте константы гидролиза следующих солей: HCOONa, HCOONH₄, NH₄NO₃, зная, что K_а = 1,77^.10^-4, K_b = 1,77^.10^-5.

Ответ: 5,65^.10^-11, 3,20^.10^-6, 5,65^.10^-10.

30. Определите степень гидролиза и рН 0,005 N раствора KCN, если К_а = 4,9^.10^-10. Ответ: 0,063; 10,5.